給排水工程師關(guān)于頂管技術(shù)在工程中的應(yīng)用

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頂管技術(shù)又稱非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術(shù)，故頂管施工必將在城市建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。為了更好地保護(hù)城市環(huán)境，方便居民，生活，減少施工造成的交通影響，目前各個城市都在積極推行頂管施工技術(shù)。

1 工程實例

正坑排洪渠整治工程三標(biāo)松山湖大道處，因渠道經(jīng)過松山湖大道，需下穿松山湖大道而建。涵管下穿的渠道水力要素為：Q設(shè)=30m3/s，i=1.5/10000，h設(shè)=3.4m，△h超=0.75m，H總=4.15m。工程地質(zhì)為坡殘積砂質(zhì)黏土，外堤為利用渠道開挖的砂質(zhì)黏土人工夯填而成。涵管管材為鋼筋砼管，涵管內(nèi)徑2.4m，每節(jié)長3.0m，總長度66.0m，涵管管頂距渠底2.5m，工作坑形狀為方形，采用沉井法施工，后座墻采用現(xiàn)場澆筑整體式混凝土墻，施工頂進(jìn)方向從工作井向接收井進(jìn)行。

2 主要工程技術(shù)

頂管施工是一種不開挖溝槽而敷設(shè)管道的工藝，它運(yùn)用液壓傳動產(chǎn)生強(qiáng)大的推力使管道克服土壤摩阻力頂進(jìn)的施工技術(shù)，主要難點是臨近渠道水體，渠道水下滲引起的開挖面涌水或塌方破壞問題。

2.1 施工工序

現(xiàn)場調(diào)查→工程降水→測量放線→工作井定位與開挖→工作井基礎(chǔ)、導(dǎo)軌及附屬設(shè)施施工→后背設(shè)計與施工→頂進(jìn)設(shè)備與設(shè)施準(zhǔn)備→渠道必要的加固或停水→下管→挖土→頂進(jìn)→測量校對→接口→附屬工程施工→壓漿。

2.2 前期準(zhǔn)備

頂管施工屬于地下工程，影響施工的因素很多，施工前應(yīng)探明地質(zhì)，組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)施工技術(shù)文件，了解施工范圍、管道沿線的地形、地質(zhì)水文地質(zhì)條件，完成作業(yè)范圍內(nèi)地下管線等調(diào)查并保護(hù)，編寫好頂管施工技術(shù)組織設(shè)計，制定好可靠的進(jìn)洞措施。

頂進(jìn)施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計資料，結(jié)合地形、地質(zhì)情況，對涵管位置、方向、長度、出入口高程等進(jìn)行校對，施工期應(yīng)避開渠道供水高峰期和雨期。

工作井要保證施工期間連續(xù)排水要求，頂進(jìn)作業(yè)應(yīng)采取降水措施，地下水位應(yīng)降至基底以下0.5～1.0m，經(jīng)常保持頂管掘進(jìn)機(jī)底部無積水現(xiàn)象，如遇積水，應(yīng)及時排除，以防止土體基底軟化，雨期施工還應(yīng)做好地面排水。

對涵管同時布置監(jiān)測點，必要時監(jiān)測頂進(jìn)施工期間的渠底沉降量。

管道接口形式選擇鋼承口管(F型)接口形式，鋼套環(huán)與混凝土管處采用水膨脹橡膠止水圈止水，以防止結(jié)合面產(chǎn)生滲漏。施工前應(yīng)檢查管道接口處護(hù)口鐵和承插口，鋼套環(huán)接口無疵點，焊接接縫平整，并經(jīng)防腐處理，承插口處不得有缺棱掉角，對外觀質(zhì)量及回彈強(qiáng)度不合格的管材應(yīng)予立即退場。

2.3 總推力復(fù)核

總推力的大小確定，是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程頂進(jìn)所必須具有的推力這三者中的最小值為依據(jù)的，頂進(jìn)施工前應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。

根據(jù)地質(zhì)勘探的結(jié)果確定管線穿越的土層的最大頂力計算公式為：

P=frD[2H+(2H+D)tan2(45°-φ/2)+ε/(rD)]L

式中：P為計算總頂力，kN;r為管道所處土層的重力密度，kN/m3;D為管道的外徑，m;H為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m;φ為管道所處土層的內(nèi)摩擦角，°;ε為管道單位長度的自重，kN/m;L為管道的計算頂進(jìn)長度，m;f為管壁與土間的摩擦系數(shù)。

考慮到頂管頂進(jìn)采用人工在管前端開挖，因此，計算最大頂力時只考慮管道自重及土的側(cè)面土壓力和管道與土的摩擦力即可。

核算后背1m寬度上土壤的總被動土壓力，使土壁單寬上受力不大于土壤的總被動土壓力，1m寬度土壤的總被動土壓力計算公式為：

P=0.5rh2tan2(45°+φ/2)+2Chtan(45°+φ/2)

式中：r為土壤的重度，kN/m3;h為天然土壁后背的高度，m;φ為土壤的內(nèi)摩擦角，°;C為土壤的黏聚力，kN/m2。

管材所能承受的最大頂進(jìn)力(許用頂力)計算公式為：

式中：

[Fr]為許用頂力，kN;

σc為管體抗壓強(qiáng)度，kN/m2;

A為加壓面積，m2;

S為安全系數(shù)，取S=2.5～3.0。

3 技術(shù)要點

管涵頂進(jìn)采用前高后低，坡度控制在3%左右，地下水位以下頂進(jìn)時，工作坑要設(shè)在涵管下游，逆管道坡度方向頂進(jìn)，有利于施工期間管道排水需要。

(1)頂管采用在管前先挖土，后頂進(jìn)的手工掘進(jìn)頂管法作業(yè)，開挖從上往下開挖，開挖面的坡度控制在1：0.75，軸線超挖量≤0.3m，渠底下適當(dāng)減短，管節(jié)上部超挖量≤15mm，管節(jié)下部135°范圍內(nèi)不應(yīng)超挖，嚴(yán)禁擾動基底土壤，在頂進(jìn)過程中應(yīng)采取隨挖隨頂?shù)脑瓌t和“勤測量、多微調(diào)、緊封閉”的操作方法。

(2)為控制頂進(jìn)方向，應(yīng)在涵管外50～100m處設(shè)置導(dǎo)向墩，控制點應(yīng)設(shè)在不易擾動、視線清楚、方便校核、易于保護(hù)處。管節(jié)頂進(jìn)中，每一頂程都要對中線和高程進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正，左右偏差可采用挖土校正法和千斤頂校正法調(diào)整，上下偏差可采用調(diào)整刃腳挖土量或鋪筑石料等方法調(diào)整。

(3)液壓設(shè)備啟動時應(yīng)空轉(zhuǎn)一段時間，檢查系統(tǒng)無異常后頂，頂進(jìn)開始時，應(yīng)緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)，液壓千斤頂頂緊后(頂力約為0.1倍結(jié)構(gòu)自重)，應(yīng)檢查頂進(jìn)設(shè)備、后背設(shè)施和工作坑周圍土體穩(wěn)定情況，無異常后分級加壓(5～10MPa為一級)試頂，并嚴(yán)密監(jiān)測，當(dāng)頂力達(dá)到0.8倍結(jié)構(gòu)自重時涵管未啟動，應(yīng)停止頂進(jìn)，待找出原因采取措施后才可以重新加壓頂進(jìn)，頂進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)油壓突然增高，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，檢查原因并經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)，頂進(jìn)作業(yè)面上還應(yīng)設(shè)專人監(jiān)護(hù)。 　　(4)頂進(jìn)作業(yè)應(yīng)晝夜三班不間斷連續(xù)進(jìn)行，不得長期停頓，防止造成阻力增大，增加頂進(jìn)難度，或因中途停置地下水滲出，造成坍塌破壞。涵管頂進(jìn)作業(yè)停頓時應(yīng)使刃角有足夠的吃土量，當(dāng)停頓時間較長，為防止開挖面的松動或坍塌，應(yīng)對挖掘面及時采取正面支撐或全部封閉措施。

(5)在管道頂進(jìn)施工中，應(yīng)不間斷的測量并詳細(xì)記錄以下工藝參數(shù)：①頂進(jìn)力;②管道在垂直高程和側(cè)向位置的偏離情況;③管道頂進(jìn)長度等。記錄數(shù)據(jù)中必須包括如下信息：施工時間、施工現(xiàn)場的詳細(xì)位置、地層和地下水條件等，異常應(yīng)停止頂進(jìn)，分析原因并處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。頂進(jìn)中的施工記錄是提高頂進(jìn)質(zhì)量的保證，每班組按規(guī)范要求真實、清晰、完整地填寫好頂管記錄表格和施工中的情況，交接班時，必須認(rèn)真交接清楚記錄，交清管道軌跡和糾偏趨向，并說明在頂進(jìn)操作中所出現(xiàn)的問題及處理情況。

(6)管道頂進(jìn)完成后，應(yīng)對涵管與土體間縫隙采用水泥漿進(jìn)行壓漿充填施工，防止沿涵管外壁集中滲流破壞，消除因頂管施工造成的地面沉降，壓漿通過每節(jié)管道預(yù)留的壓漿孔進(jìn)行，注漿材料以低標(biāo)號水泥為主，為節(jié)約材料可適當(dāng)添加粉煤灰，具體注漿材料的配比按水泥：粉煤灰=1：1(重量比)，加水量以目測稠度適當(dāng)(約水：灰=1：1)，滿足注漿泵注漿要求即可。水泥漿充填可以有效地補(bǔ)償頂管管體外側(cè)空隙部分，從而達(dá)到管體外側(cè)土體密實。待壓漿體凝結(jié)后(一般>24h)方可拆除注漿管路，并換上悶蓋將注漿孔封堵。

為了順利完成頂管接收工作，進(jìn)洞口土體應(yīng)采用門式加固法進(jìn)行加固封門，即對所頂管道破堤處兩側(cè)和頂部一定寬度和長度范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，以提高這部分土的強(qiáng)度，從而使涵管在進(jìn)洞中不發(fā)生坍洞或涵管管頂不帶出土方現(xiàn)象。洞口加固采用低標(biāo)號混凝土砌堵磚封門，也可用低標(biāo)號的混凝土取代磚頭，涵管到達(dá)時把封門拆除。

4 結(jié)束語

頂管是非開挖埋設(shè)地下管道的工程技術(shù)之一， 對于開槽埋管從社會效益與經(jīng)濟(jì)效益上來講更具有優(yōu)越性。不需要修建圍堰或斷水進(jìn)行施工，不破壞環(huán)境，施工受氣候和環(huán)境的影響較小，不影響管道的段差變形，降低工程造價顯著等優(yōu)點，加強(qiáng)對工程實施過程中的監(jiān)督管理，抓住關(guān)鍵問題和重要工序，嚴(yán)格遵守設(shè)計，旨在不斷地加強(qiáng)施工技術(shù)水平及保證工程的質(zhì)量。

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